Расчет электромагнитных исполнительных механизмов.
В задачу расчета ЭМИМ входит нахождение конструктивных размеров и обмоточных данных электромагнитов, соответствующих заданным условиям работы устройства.
Обычно исходными условиями являются:
- противодействующая (механическая) характеристика, полученная расчетным или экспериментальным путем;
- напряжение и ток входного сигнала, подаваемого на обмотку;
- временные параметры;
- габариты, вес и стоимость.
Кроме того, необходимо учитывать основные условия эксплуатации: температуру окружающей среды, влажность, запыленность, наличие вибраций.
К основным показателям ЭМИМ относятся:
- условная полезная работа A FL,
где F – тяговое усилие при определенном положении якоря; L – величина хода якоря;
- показатель весовой экономичности электромагнита, который характеризуется коэффициентом Кэ = m/A,
где m - масса электромагнита;
-
конструктивный фактор Кф
=
,
где Fн - начальное тяговое усилие.
Обобщенным показателем является показатель добротности магнитной системы Кd = A/(mP),
где P – потребляемая мощность; – превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды.
При прочих равных условиях, т. е. при одинаковых значениях магнитного потока и геометрических размерах, тяговое усилие электромагнита постоянного тока в два раза больше, чем у электромагнита переменного тока.
Расчет обмоток на нагрев проводят, считая, что средняя допустимая температура нагрева доп = 85...90 0С.
Превышение температуры нагрева над допустимой приводит к сокращению срока службы и разрушению изоляции обмотки.
Рабочий цикл ЭМИМ состоит из трех периодов: срабатывания, включенного состояния и возврата в исходное положение. После включения электромагнита происходит нарастание тока в его обмотке до величины тока трогания, когда электромагнитная сила преодолевает внешнее сопротивление и якорь приходит в движение. На якорь электромагнита кроме силы электромагнитного притяжения действуют противодействующая сила статического сопротивления, сила вязкого трения и сила инерции. Оценка времени движения якоря проводится в предположении неизменности динамического усилия на протяжении всего хода якоря и отсутствии вязкого трения.
Материалы для электромагнитов
В электромагнитах постоянного тока магнитопровод выполняется сплошным из полосового или круглого материала - качественных конструкционных сталей ( марок 0,12 и т.д.), из углеродистых электротехнических сталей (марок Э и А и другие).
Высококачественные электромагниты имеют магнитопровод из низконикелевых пермаллоевых сплавов (марок 50НП и 45НП).
У быстродействующих электромагнитов магнитопровод выполняется из кремнистых сталей (марок Э-11, Э-21 и т.д.), что позволяет сократить вихревые потоки до минимума.
К электромагнитам переменного тока более применимо исполнение магнитопровода сборного типа. Они собирается из пластин толщиной 0,3 ... 0,5 мм и выполняются из горячекатаных сталей (Э-31, Э-41) с повышенным содержанием кремния и холоднокатаной стали (Э-44, Э-48). Иногда в целях экономии небольшие электромагниты переменного тока изготавливают из сплошного материала толщиной 2 ... 3 мм.